이상한 나라의 양자역학

이상한 나라의 양자역학
Daniel F. Styer 지음, 조길호 옮김 / 북스힐 / 2005년 1월

이상한 나라의 양자역학 The Strange World of Quantum Mechanics
Daniel F.Styer 지음 조길호역
북스힐 / 290

앨리스는  이상한 나라에 가서  그 나라가 이상하다고 생각했을까? 자신이 이상하다고

생각했을까?

나는 이책을 읽었다고 표현해야 하나? 아 이건 무슨 양자론적 수수께끼가 아니지만  마치

양자론적  진술이 되고 말았다. 정확하게 표현하면 나는 이 책을 읽은게 아니라 본 것이

맞다. 그런데 양자론에 따르면 정확한 것은 없다. 단지 확률적으로 예측만 할수 있을

뿐이다.

고전물리학에 따라 분석해보면  이 책을 한장한장 넘기면서 눈으로 글과 그림을 확인했기 때문에 읽었다고 할수 있는데 양자론적으로 따지면 읽으면서 마음에 콩밭에 가있거나

무슨 말인지 도무지 알 수 없어 마음이 떠나있었으니 안 읽은 것이다.

물리학자가 쓰고 물리학자가 번역한 책이라 자신들은 알기쉽게 설명했다고 하지만 보는

문외한은 여전히 목불식정이다. 역자에 따르면 양자역학은 물리학자들도 어려워한다고

한다. 그래서 양자역학에 관한 교양서가 나왔다해도 그 안에 있는 중심개념을 이해

못할텐데 양자론을 알수 있을까 생각했다고 한다.  그러던 차에 이 책을 발견하여

번역했다는 것이다.

주된 내용은,  양자역학의 중심사상인  확률론적 세계관과, 상식적으로 이해하기 어려운

양자간섭현상, 그 사상에 대한 철학적 논의 그리고 단연 이 책의 가장 크고 주요한 특징인 연습문제다.  연습문제!  교양서적에 연습문제라니. 그것도 나는 도저히 풀수 없는! 

게다가 웃어야 할지 울어야 할지 모르겠는건 이 책이 청소년도 볼 수 있는 수준으로

저술 혹은 번역되었다는 사실이다.

이책은 본문이 있고 여러 그림과 도표가 있다. 주요 용어에 대한 각주가 나오고  주요

개념이 있으면 부연설명이 뒤따른다. 15개장과 부록으로 구성되었는데 각 장의 끝마다

연습문제가 있다. 부록에는 해답이 나온다. 이거 무슨 수능 물리 참고서냐. 심오하고

광대무변한!

양자론이란 무엇인가.  물리학자도 어렵다고 했다. 일반인은 오히려 쉬울수 있다.

단순하게 알면 되니까...

뉴튼으로 대변되는 고전역학은  인과법칙을 따르고 우연성을 배제한다. 그래서

결정론이라 한다.  즉 자동차가 시속 100km의 속력으로 달리고 있다면  현재시점에서

1시간뒤 이 차가 어디에 있을지 정확히 예측할수 있다.  철학적으로는 인간의 인식세계와

별도로 존재하는 객관적 실재(實在:objective reality)가 있다고 믿는 것이다.

양자역학은 고전역학과 달리 결정론이 아니라  확률적 입장을 따진다. 고전역학으로는

해석이 불가능한 양자역학적 간섭을 인정한다. 자연현상을 확률론적으로 이해하기 때문에 조건이 일정해도 앞으로의 예측이 불가능하다고 믿는다. 그러나 양자역학의 한계는

거시적 대상에 적용하면 고전역학과 똑같은 결과가 나온다는 것. 즉 미시의 세계에서만

작용한다.

모든 현상에는 원인이 있는가? 그렇다는 것이 고전역학, 원인 없는 결과도 있다는 것이

양자역학이다. 더구나 공간상으로 멀리 떨어진 두 계 사이에서 어느 한쪽의 측정값을

 알면 동시에 다른 계의 측정값도 알수 있다는 것이 양자역학이다. 이를 반대한

아인슈타인은 국소성의 원리를 주장했다.(EPR 패러독스)

양자간섭이란 일반적 상식으로는 말이 안된다. 원자가 지나가는 어떤 통로가 있는데

중간에 이 통로가 둘로 나눠졌다가 끝에가서 다시 하나로 합쳐진다. 한쪽 입구에서

원자를 쏘아보내면 반대쪽 출구로 나오는데 중간에 길이 두갈래니 둘 중 어느 한쪽길을

통과했을 것이다. 그러나 양자간섭현상에 의하면 한 원자는 동시에 두 통로를 지나간다.  

양자론은 인간의 이해를 바라는 것은 아니다. 인간의 이해와 무관하게 존재하며 진행되기 때문이다. 마치 고대에 지구가 둥글다는 것을 이해못했던 선조들처럼.

그래서 양자역학을 적용하면 여러 가지 문제점이 해결되기도 한다는것인데 물질을

구성하는 근본적인 단위는 원자나 핵이 아니라 진동하는 미세한 끈이라는 초끈이론의

탄생에 기여하기도 했다.  보통 일반인들이 아는 유일한 양자역학은 아마도 하이젠베르그의 불확정성 원리일 것이다. 책에서는 이를 일러 “전자는 확정된 위치를 가질수 있거나

확정된 속력을 가질수는 있다. 그러나 확정된 두 값을 동시에 가질수는 없다.” 이렇게

표현했다. 바로 파동과 입자의 이중성을 동시에 가지고 있기 때문이다.

저자는 양자역학을 이해할 수는 없을 것이라고 말한다. 그러나 양자역학을 기술(記述)할

수는 있다. 해석할 수는 있을까? 물리학자라면 가능하다. 그러나 물리학자도 이해할 수는

없다. 우리는 어떤 현상을 이해하고 기술하고 해석한다. 이 셋은 모두 다른 개념이다.

자연현상이 신의 뜻이라면 인간은 이를 해석할 수는 있다. 양자물리학자는 확률적으로

이를 이해한다. 양자론의 발견에 공헌했으면서도 양자론을 부정한 아인슈타인은 이렇게

말했다. “신은 주사위 놀이를 하지 않는다”

현대에 와서 양자역학은 여러 분야에 큰 공헌을 하고 있단다. 그중 양자컴퓨터나

양자암호는 일반인들도  생소한 이름은 아닐거라고...
양자론은 대체 무엇일까.